一種新型的雙力傳感器和協(xié)作機(jī)器人助手在玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)中的應(yīng)用課件

一種新型的雙力傳感器和協(xié)作機(jī)器人助手在玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)中的應(yīng)用1.介紹 2.雙力傳感器3.有著力反饋的協(xié)作機(jī)器人助理4.實(shí)驗(yàn)和結(jié)果5.討論與結(jié)論摘要這篇論文主要討論了基于光纖布拉格光柵（FBG）的一種新型的力傳感器的發(fā)展。它不僅可以檢測出位于眼睛內(nèi)部的手術(shù)器械的尖端的力，也可以提供器械與鞏膜相互作用力的信息。另外，這篇文章呈現(xiàn)了在有著鞏膜限制和聲學(xué)反饋的人體模型上輔助剝落視網(wǎng)膜的模擬機(jī)器人和傳感器的分析與設(shè)計(jì)主從遙控式機(jī)器人系統(tǒng)這種主從配置的機(jī)器人加上運(yùn)動縮放可以得到較為精確的控制，但是缺點(diǎn)是復(fù)雜的系統(tǒng)和高昂的成本MICRO：能在動態(tài)中保持穩(wěn)定的設(shè)備，它能驅(qū)動儀器的尖部，從而避免了用戶手的顫動。它提供了一個(gè)直觀的界面和內(nèi)在的1：1的力反饋來提高操作精度。但是，由此帶來的是沒有放大在手術(shù)過程中施加的人所察覺不到的力。作者的方法需要人手操作的協(xié)作控制式系統(tǒng)，這種情況下醫(yī)生和機(jī)器人都持有手術(shù)器材。醫(yī)生施加在手術(shù)器材上的力會引導(dǎo)機(jī)器人配合人的動作機(jī)器人的剛度保證了穩(wěn)定性，也減弱了震顫。結(jié)合了機(jī)器的精確性和靈活性。這種機(jī)器人還能增加額外的傳感器以增強(qiáng)對環(huán)境的感知能力我們發(fā)展了一組傳感器，這其中包括裝在儀器軸末端的光纖傳感器，它能夠直接測量工具和組織之間的相互作用力，并且能區(qū)分施加在儀器尖端的力和鞏膜的相互作用力。前面的研究已經(jīng)證明基于力傳感器的聽覺和觸覺的反饋能夠有效的提高所施加力的一致性并可以調(diào)節(jié)所施加力在一個(gè)期望的范圍。這些雙力算法被包含進(jìn)了協(xié)作控制算法來提供聽覺和視覺的反饋。在這篇文章中，我們研究了基于雙力測量的力反饋的有效性，并把它和之前的控制方法做了比較，初步的結(jié)論是新的雙力傳感器配上不同的類型的力反饋方法能進(jìn)一步提高協(xié)作機(jī)器人助手在玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)的表現(xiàn)。FBG傳感器的局部應(yīng)力與施加的力（力矩）成比例。FBG傳感器中布拉格波長的變化與局部應(yīng)力和溫度的變化成比例。傳感器讀數(shù)與施加的力之間有著線性關(guān)系。尖FBG傳感器只能測量儀器尖端的力。鞏膜FBG傳感器對尖端力和鞏膜力都會產(chǎn)生反應(yīng)。B.力的計(jì)算注意到，在儀器與組織相互作用力被不斷施加于尖部時(shí)，由于儀器插入眼部的長度不同，儀器接觸鞏膜產(chǎn)生的力會沿儀器軸分布在不同的位置。這是很重要的，因?yàn)槿绻@個(gè)接觸點(diǎn)不確定，鞏膜力傳感器就不能準(zhǔn)確的測量施加于鞏膜的實(shí)際力的大小。這與外科醫(yī)生使用手持儀器感知鞏膜力是一樣的——只感知儀器手柄的產(chǎn)生的力矩而不是實(shí)際作用與鞏膜的力。另外當(dāng)醫(yī)生在眼球上操作時(shí)，儀器在眼睛內(nèi)的長度只在很小的范圍內(nèi)變化。比如說，沿著視網(wǎng)膜的前端13mm的弧形路徑，只會產(chǎn)生1mm的軸向位移。C.討論4.實(shí)驗(yàn)和結(jié)論先前的2自由度傳感器已經(jīng)表明在測量橫向力方面有很好的線性，因此在橫向力的兩個(gè)主軸（X，Y）方向上調(diào)節(jié)儀器就足夠了。基本的方法是對儀器施加已知的橫向力來測量每個(gè)FBG傳感器的布拉格波長的改變。主要分兩步：首先在儀器尖端處施加一個(gè)20mN的橫向力再者，在距離儀器尖端25mm處施加一個(gè)100mN的橫向力A.傳感器的標(biāo)定B.膜剝落實(shí)驗(yàn)和力反饋1）模型和實(shí)驗(yàn)的布置Balicki等人發(fā)現(xiàn)19mm的ClearBandage的粘性標(biāo)簽?zāi)芴峁╊愃埔暰W(wǎng)膜組織操作時(shí)的剝離力，并具有很好的可重復(fù)性。另外，使用25mm高，50mm寬的丙烯酸固定物來拉緊橡膠圈以模擬單向鞏膜限制。我們比較了徒手操作、沒有力縮放的機(jī)器人助手、有基于鞏膜力縮放的機(jī)器人助手的三種操作模式。對每種情況，對象都會先